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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft, insbesondere von Umgebungsluft in eine Wassersäule.
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Die Wassersäule wird bevorzugt durch in einem Behältnis gespeichertes Wasser gebildet.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 104 690 A1 ist eine Einrichtung zur Energieerzeugung bekannt, welche einen flüssigkeitsgefüllten Behälter 1 aufweist. Die Flüssigkeit ist bevorzugt Wasser. In dem Behälter sind mehrere Auftriebselemente angeordnet und in einem Abstand zueinander an wenigstens einem umlaufbaren Triebelement befestigt und somit über dieses untereinander gekoppelt. Das Triebelement ist beispielsweise ein Riemen, eine Kette oder dergleichen und weist eine obere Umlenkung mit einer ersten Welle und eine untere Umlenkung mit einer zweiten Welle auf. Die erste und/oder zweite Welle sind mit Mitteln zur Energieerzeugung, vorzugsweise einem hier nicht dargestellten Generator, wirkverbunden. Die Öffnung jedes Auftriebselementes weist entgegen der Umlaufrichtung. Das sich im Bereich der unteren Umlenkung befindliche Auftriebselement wird, sobald dessen Öffnung nach unten geneigt ist, über eine sich im Boden des Behälters befindliche Zuführung mit einem Auftriebsmedium in Form von Luft L befüllt, die durch die Zuführung nach oben steigt. Durch die sich mit Luft füllenden Auftriebskörper 2 steigen diese im Wasser nach oben und durch deren Umlaufen am Generator Strom erzeugt. Das Auftriebsmedium wird über eine Zuführung in Form wenigstens eines Kammersystems in den Behälter 1 durch dessen Boden geführt. Dies ist schwierig abzudichten und es ist ein relativ hoher Energieaufwand dafür erforderlich der die Energiebilanz negativ beeinflusst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft, insbesondere von Umgebungsluft in eine Wassersäule zu entwickeln, die einen geringen Energiebedarf benötigt und die insbesondere für eine Einrichtung zur Energieerzeugung mittels Auftriebskörpern Verwendung findet.
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Nachfolgend werden die dafür verwendeten Baugruppen beschrieben:
Aquamat 2003
Umweltfreundliche Energieerzeugung durch eine neue Technologie
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Die gesamte Anlage zur Energieerzeugung besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
- 1.00 Korpus
- 2.00 Luftzuführung – siehe Bauteilbeschreibung
- 2.01 Luftzuführung – siehe technischer Ablauf
- 2.02 Luftzuführung – siehe physikalischer Ablauf
- 3.00 Auftriebsturbine – siehe Bauteilbeschreibung, technischer Ablauf
- 4.00 Generator
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1.00 Korpus:
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Der Korpus, in dem das Wasser gespeichert ist und in dem die Vorrichtung arbeitet besteht aus einem Behälter, wobei die Maschineneinheit grundsätzlich in einer wasserdichten Umbauung (Hülle/Behälter) installiert werden sollte. Kapazität und Einsatzort bestimmen die jeweilige Ausführung dieser Bauweise.
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Für den flexiblen Einsatz ist an eine Containerbauweise gedacht, welche sich je nach Kapazitätsbedarf in Reihe schalten lässt.
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Im speziellen Einsatzbereich, wie zum Beispiel für Wohnanlagen oder Gewerbeeinheiten kann die Ausführung individuell nach geforderten Ansprüchen dimensioniert werden.
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Auch für den überregionalen Einsatz, lässt dieses Konzept alle Möglichkeiten offen.
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Selbst an den Einbau in Großraumschiffe, welche letztlich über Elektromotoren angetrieben werden, lässt dieses Konzept keine Wünsche offen.
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Gleich welche Dimension benötigt wird, lassen sich alle Anlagen in den bereits vorhandenen Leitungsbestand einbinden.
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Vorhandene Leitungstrassen und Vernetzungen lassen sich ohne großen Aufwand anbinden.
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2.00 Luftzuführung – Bauteilbeschreibung:
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Die Auftriebsenergie wird in Form von Umgebungsluft im unteren Bereich des mit Wasser gefüllten Maschinenkörpers eingebracht.
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Um nicht den Druck der Wassersäule überwinden zu müssen, erfolgt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Zuführen von Luft, insbesondere Umgebungsluft, in das im Behälter gespeicherte Wasser, d.h. in die dadurch gebildete Wassersäule über einen aus drei Kammern bestehenden Maschinenteil, welcher um etwa 90° schwenkbar gelagert ist.
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Die Hauptsächlichen Bauteile dieser Mehrkammeranlage bestehen gemäß der beigefügten Zeichnung 1 aus Ladekammer A, Aufnahmekammer B, Skelettkammer C, Ladekolben AB, Gegenladekolben AC, Gleitschieber GS, Einlassventil EV, Dekompressionsventil DV und Achse W, Ausgleichsgewicht AW und Gegengewicht GW. Die Ladekammer A ist an ihrer Außenwand mit einem Gleitschieber GS versehen, welcher über eine Luftsteuerung bedient wird. In der Ladekammer A befindet sich das druckfrei arbeitende Lufteinlassventil, welches ebenfalls durch eine Luftsteuerung betätigt wird.
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Die Aufnahmekammer B führt einen Ladekolben AB, welcher zur Ladekammer A mit einer Dichtung abgesichert ist. Der Ladekolben AB wird in Form eines Hohlkörpers ausgebildet. In der Aufnahmekammer B befindet sich ein Dekompressionsventil. Der Ladekolben AB läuft auf leichtgängigen Gleitschienen in den Kammern A und B, so dass er in der Kammer A bei völliger Einführung durch sein Volumen alles Wasser daraus verdrängt.
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Der Gleitschieber GS deckt den Ladekolben AB bei eingefahrenem Arbeitstakt in der Ladekammer A, diesen bündig ab.
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Die Aufnahmekammer B steht der Ladekammer A mit Umgebungsluft druckfrei gegenüber und dient zur Aufnahme des aus der Aufnahmekammer A kommenden Ladekolben AB.
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Die Skelettkammer C bestehend aus einem Führungsgestell in doppelter Länge zum Ladekolben AB, dient zur Führung des Gegenladekolbens AC. Dieser gestaltet sich in Form eines Hohlzylinders. Ein abgedichtetes Gestänge verbindet den Gegenladekolben AC mit dem Ladekolben AB.
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Alle drei Kammern sind auf einer horizontalen Achse um 90° schwenkbar gelagert. Der Drehpunkt muss ausgewogen nach Eigengewicht, Schaltposition, Gegengewicht AW und GW sowie den Auftriebskräften platziert sein. Er befindet sich unmittelbar in der Mitte der Ladekammer A.
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2.01 Luftzuführung – technischer Ablauf:
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Der Maschinenteil; Kammereinheit besteht aus Kammer A, B und C um 90° schwenkbar
| Takt 1 | Ruhestellung waagerecht
Gleitschieber GS ist offen und die Kammer ist mit Wasser gefüllt |
| Takt 2 | Vorschwenk um 90° senkrecht
Kammer B schwenkt nach unten
Kammer C schwenkt nach oben
Gegenladekolben AC zieht Ladekolben AB aus Kammer B
Ladekolben AB drückt das Wasser aus Kammer A
Gegenladekolben AC hebt beim Verlassen des Ladekolbens AB aus der
Aufnahmekammer B das Ausgleichsgewicht an. |
| Takt 3 | Gleitschieber GS wird geschlossen
Rückschwenk um 90° in Ausgangsposition
Einlassventil EV wird geöffnet
Ladekolben AB läuft in Kammer B
Dekompressionsventil DV wird geöffnet
Gegenladekolben AC geht mit Gegengewicht in die
Ausgangsstellung zurück. |
| Takt 4 | Ventile EV und DV werden geschlossen
Gleitschieber GS wird geöffnet
Luft entweicht zum Sammler
Kammer A füllt sich mit Wasser |
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2.02 Luftzuführung – physikalischer Ablauf:
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Die Ausführungen basieren auf den uns bekannten Erkenntnissen der Physik und Mechanik, wie Hebelgesetze und Kraftübertragung, Schwerkraft, Trägheit der Masse, Auftrieb, Luftdruck, Wasserdruck, Wasserverdrängung, Strömungsgesetze, sowie der Elektromechanik.
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Angestrebt wurde bei jedem Takt, den Energieeinsatz für den jeweiligen Arbeitsgang so gering als möglich zu halten, indem man anliegende Kraftpotentiale durch natürliche Gegenkräfte aufhebt.
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Da die gesamte Kammereinheit völlig druckfrei arbeitet, wird für die Energiezuführung keine nennenswerte Kraft aufgewandt. Die Nutzenergie in Form von Auftriebskraft, baut sich erst durch das Komprimieren freiwerdender Umgebungsluft auf.
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Demzufolge muss bei der Energiezuführung nur die Kammereinheit in Balance zur gesamten Energiebilanz gehalten werden, da die Nutzenergie davon unberührt bleibt.
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Messungen und genaue Berechnungen konnten noch nicht durchgeführt werden.
| Takt 1 | Die Ruhestellung waagerecht lässt die Luftblase automatisch ohne große Ablenkung nach oben in den Sammler leiten.
Der Auftrieb der Ladekolben AB und AC hält sich die Waage zur schwenkbaren Achse.
Das feststehende Gegengewicht GW an der Aufnahmekammer B hält sich die Waage zum beweglichen Ausgleichsgewicht AW. |
| Takt 2 | Durch die ausgewogene Balance der Kammereinheit lässt sich diese ohne erheblichen Kraftaufwand um 90° schwenken, wobei die Schwenkachse horizontal angeordnet ist.
(Strömungswiderstände werden durch Verkleidungen reduziert) |
| | Kräfteverhältnisse zur Schwenkachse im Takt 2
Diese wird von der Auftriebskraft des Ladekolben AB in der Aufnahmekammer Bruhend sowie des in der Skelettkammer C positionierten Gegenladekolben AC bestimmt.
– Da sich die Wasserlast der angefüllten Ladekammer A gleich der ihr umgebenden Wasservolumina verhält, ist diese bei der Positionierung der Schwenkachse nicht von Bedeutung.
– Die um den Auftrieb reduzierte Masse der Skelettkammer muss als Gegenlast bewertet werden.
– Damit ist die Achse im Bereich der Ladekammer A festzulegen.
– Die Auftriebskraft des Gegenladekolbens AC bewirkt, dass sich dieser durch das Aufsteigen in den verlängerten Raum der Skelettkammer SK bewegt und dabei den Ladekolben AB aus der Aufnahmekammer B in die Ladekammer A zieht, da selbige durch ein abgedichtetes Gestänge miteinander verbunden sind.
– Das Ausgleichsgewicht AW wird um den Teil vom Gegenladekolben AC mit angehoben, welcher durch die zusätzliche Auftriebskraft des frei werdenden Ladekolbens AB verfügt wird.
– Das Volumen des Gegenladekolbens AC wird durch den Kraftbedarf bestimmt, welcher für ein zügiges Aufsteigen benötigt wird. Der restliche Kraftaufwand wird auf mechanische Weise zugeführt.
– Das Dekompressionsventil DV wird dabei geöffnet. So muss kein Unterdruck überwunden werden.
– Bei diesem Takt wird das Wasser in der Ladekammer A durch den Ladekolben AB völlig verdrängt. |
| Takt 3 | Der Gleitschieber GS wird verschlossen. Antrieb erfolgt durch Luftdruck.
Die Gleitschienen werden aus fein geschliffene Flächen ausgebildet.
Ein Mikrowasserfilm des umgebenden Wassers sorgt für geringsten Gleitwiderstand und angemessene Dichtheit der Ladekammer A.
Es erfolgt der Rückschwenk in die waagerechte Ausgangsposition. |
| | Kräfteverhältnisse zur Schwenkachse im Takt 3
– Die Ladekammer A ist durch den holen Ladekolben AB ohne nennenswerte Last.
– Die Aufnahmekammer B ist mit Luft angefüllt.
– Auf der Gegenseite befindet sich der Gegenladekolben AC in ausgefahrener Lage.
– Das ausgefahrene Ausgleichsgewicht AW hält die Balance zwischen den aufsteigenden und den fallenden Kräften.
– Die ausgewogene Schwenkachse ermöglicht den Rückschwenk ohne zusätzliche Kraftzuführung wegen eines Schwerpunktes. Das Einlassventil EV wird geöffnet, bereit für eine drucklose Zuführung der Umgebungsluft. Der Ladekolben AB läuft in die Aufnahmekammer B und nimmt den Gegenladekolben AC und das Ausgleichsgewicht AW mit in seine Ausgangsposition. Durch die waagerechte Lage der Kammereinheit müssen keine Auftriebskräfte oder Lasten überwunden werden. Der dabei entstehende Kompressionsdruck in der Aufnahmekammer B entweicht über das Dekompressionsventil DV. |
| Takt 4 | Das Einlassventil EV und das Dekompressionsventil DV werden geschlossen.
Durch das Öffnen des Gleitschiebers GS entweicht die Luft und steigt aufwärts in den Sammler zur gesteuerten Zuführung in die Auftriebsturbine.
Die Ladekammer A füllt sich wieder mit Wasser. |
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3.0 Auftriebsturbine:
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Der Aufbau der Auftriebsturbine ist im Wesentlichen analog der in
DE 10 2012 104 690 A1 beschriebenen Auftriebsturbine.
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4.0 Genarator:
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Es wird ein Generator verwendet, der mit der Auftriebsturbine gekoppelt ist.
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Dadurch, dass die Vorrichtung zur Luftzuführung in dem Behälter angeordnet ist, in dem sich auch das Wasser/die Wassersäule befindet, reduziert sich das Abdichtungsproblem. Durch das Nutzen der Auftriebskraft und des Eigengewichtes der „wippenartig“ um die Achse schwenkbaren Vorrichtungen zur Luftzuführung kann der Energiebedarf zum Einbringen der Luft in Wassersäule und somit in die Auftriebskörper erheblich reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012104690 A1 [0003, 0028]
